近10年黄淮冬麦区北片水地区试品种产量及主要农艺性状分析

陈贵菊，闫璐，王福玉，邵敏敏，黄玲，赵凯，杨本洲，张玉丹，孙雷明，王霖

（济宁市农业科学研究院，山东 济宁 272031）

小麦是我国的主要粮食作物，其产量丰歉直接影响到国家的粮食安全。品种更替是小麦生产发展的必要手段和必然趋势，而品种的更替过程则是品种农艺性状的优化过程［1］。小麦区域试验的目的是为了鉴定小麦新品种的丰产性、稳产性、适应性、抗逆性、品质以及综合农艺性状，为品种审定提供依据［2，3］，是小麦品种进入生产推广的重要途径。黄淮冬麦区北片区覆盖山东省的全部、河北省的中南部和山西省的南部区域，在全国小麦生产中起着重要作用。分析黄淮冬麦区北片小麦区试品种产量与其构成因素及重要农艺性状的关联，对确定该片区今后小麦育种方向、保障小麦安全生产具有重要意义。

近年来有不少关于小麦区域试验的分析报道，涉及北部冬麦区、黄淮冬麦区、晋南地区等区域，涵盖山西、陕西、山东、四川等省份［1，4-16］，包括单区试点单年份［5，6］、单区试点多年份［1，9，10，14］以及多区试点多年份数据分析［4，7，8，11-13，15，16］，但是有关黄淮冬麦区北片水地区试的分析较少［6，8，9，10-12］，且由于分析的样本类型、大小不同，来源地区的生态类型、气候条件和栽培条件等存在差异，研究结果不尽相同，对于产量与农艺性状的变化规律及相互关系没有一个统一的结论。本研究以2011—2020年（2011年即2010—2011年度，2020年即2019—2020年度，下同）我国黄淮冬麦区北片水地组区域试验的289个参试小麦新品种为材料，分析近10年该区域小麦产量及主要农艺性状的变化趋势和规律，探讨主要农艺性状与产量的相互关系及其对产量的贡献率，以期为黄淮北片小麦高产育种提供参考。

1 材料与方法

本研究数据来源于2011—2020年国家冬小麦品种黄淮北片水地组区域试验总结，10年共计289个品种。参试品种在各个试点均采用完全随机区组排列，重复3次。小区面积13.3 m2。管理措施参照国家黄淮北片水地组小麦试验要求，成熟后收获、测产和考种。选取各参试品种的产量、有效穗数、穗粒数、千粒重、容重、最大分蘖数、株高和生育期8个性状为研究对象，每个品种的各个性状值为每年度各区试点汇总得出的平均值。将每年参试品种的性状值取平均值，比较年度间各性状变化趋势和规律；将10年所有参试品种的性状数据整理成矩阵，对其产量及主要农艺性状进行相关性和通径分析。

利用Microsoft Excel 2010进行数据统计与作图，用DPS 7.05进行相关性和通径分析。

2 结果与分析

2.1 产量及主要农艺性状的变异分析

表1显示，2011—2020年10年间产量及主要农艺性状总变异为最大分蘖数＞千粒重＞产量＞穗粒数＞有效穗数＞株高＞容重＞生育期。变异规律各年份不一致，如2012年变异为最大分蘖数＞千粒重＞穗粒数＞株高＞有效穗数＞产量＞容重＞生育期，2016年变异则为最大分蘖数＞有效穗数＞千粒重＝穗粒数＞株高＞产量＞容重＞生育期，说明气候和栽培管理等条件变化对产量及主要农艺性状的作用发生了不同程度的变化。产量的总变异系数与每年的变异系数差异较大，最大分蘖数整体变异较大，生育期和容重变异系数最小，最稳定。

表1 2011—2020年黄淮北片水地区试品种主要农艺性状的变异系数 （%）

2.2 产量及农艺性状的变化趋势

2.2.1 产量及其构成三要素的变化 表2和图1A显示，黄淮北片水地区试品种的产量已达到相对较高水平，10年平均产量为8 377.3 kg／hm2，高产年份平均产量近9 000 kg／hm2，随区试年份的推进产量呈上升趋势，受特殊气候影响，年际间偶有波动。另外，产量较低的2012、2013年和2018年，主要是受气候条件影响：2011—2012年度冬前降温早，春季温度回升晚，导致最大分蘖数和有效穗数整体偏少，拔节至扬花历时缩短，茎基部充实度不足，倒伏较重，平均千粒重降低，导致产量明显偏低；2013年灌浆后期降水过多，雨后高温，加速了小麦个体的衰亡，造成千粒重低，产量明显偏低；2017—2018年度秋种时雨水过多，播期推迟导致群体偏小，且2018年春季倒春寒严重，使穗粒数减少，产量明显偏低。

图1B显示，近10年黄淮北片参试品种有效穗数随区试年份的推进呈增加趋势。由表2知，10年间参试品种有效穗数平均为668.2万／hm2，平均值最高年份出现在2017年，为718.6万／hm2。黄淮冬麦区多穗型小麦品种的有效穗数一般在675万／hm2以上，中间型525万／hm2左右，大穗型450万／hm2左右［17-19］。本研究结果显示近10年黄淮北片水地的参试品种多穗型、中间型和大穗型的品种占比分别为50.2%、49.5%和0.03%。

由表2和图1C知，10年间黄淮北片水地参试品种穗粒数平均为34.5粒，变化范围为32.5～36.1粒，随区试年份的推进呈逐年减少趋势。穗粒数极低值出现在2018年和2020年，2018年穗粒数减少主要是受倒春寒影响，2020年有部分地区发生轻微倒春寒，对穗粒数有一定程度的影响。

表2 2011—2020年黄淮北片水地区试品种主要农艺性状平均值

图1 2011—2020年黄淮北片水地小麦区试品种产量及三要素变化趋势

由图1D和表2知，10年间千粒重随区试年份的推进呈上升趋势。2013年灌浆后期高温多雨，不利于籽粒灌浆，后期大风或暴雨引起倒伏，导致千粒重明显偏低。

2.2.2 其它主要农艺性状的变化趋势 由图2A和表2知，10年间黄淮北片水地参试品种的容重逐年升高，平均值为798.0 g／L，达到我国小麦一级质量标准（GB 1354—2008）。

由图2B和表2知，10年间区试品种株高呈上升趋势，平均值为79.1 cm，变化范围在74.5～83.0 cm之间，最低和最高值分别出现在2018年和2020年。2017—2018年度秋季播种晚，冬前群体偏小，2018年4月上旬的倒春寒影响到节间生长，整体株高偏低；2020年春季气温回升较早且持续时间较长，并有较明显降水，小麦生长明显加快，株高偏高。

由图2C和表2知，10年间参试品种的生育期随区试年份的推进明显缩短，平均生育期为240.0 d，最长和最短生育期相差16.1 d。试验资料显示，近些年黄淮北片水地试验播期推迟、成熟期提前，导致该区域生育期逐年缩短，其中气候条件的影响是主要原因之一。

由表2和图2D可知，10年间最大分蘖数平均值为1 685.7万／hm2，变化范围为1 438.5万～1 900.0万／hm2，年际间波动较大，变化趋势不明显。

2.3 产量与主要农艺性状的相关分析

近10年黄淮北片水地区试小麦主要农艺性状的相关分析结果（表3）表明，产量与7个主要农艺性状均呈极显著正相关，相关性表现为千粒重＞容重＞生育期＞株高＞最大分蘖数＞穗粒数＞有效穗数。产量三要素有效穗数、穗粒数和千粒重，两两之间极显著或显著负相关；有效穗数与最大分蘖数、株高和容重极显著或显著正相关；穗粒数与生育期极显著正相关，与最大分蘖数极显著负相关；容重与千粒重、生育期极显著正相关，与有效穗数、最大分蘖数显著正相关，与千粒重相关系数最大；株高和最大分蘖数极显著正相关。

2.4 产量与主要农艺性状的多元回归与通径分析

为了进一步明确产量与7个主要农艺性状的关系，本研究以这7个性状为自变量（Xi），单产为因变量（Y）进行多元线性回归分析，筛选出的最优回归模型为：Y＝-18136.55244＋9.526417056X1＋172.45985219X2＋141.92875889X3＋6.925578158X4＋11.291001575X7（R＝0.8743，R2＝0.76433，F＝182.2723，P＝0.0001）。表明，有效穗数（X1）、穗粒数（X2）、千粒重（X3）、容重（X4）、生育期（X7）为产量的主要决定因素，决定产量76.433%的变异，同时还有其它因素的影响。

图2 2011—2020年黄淮北片水地小麦区试品种其它主要农艺性状变化趋势

表3 2011—2020年黄淮北片水地区试品种产量与主要农艺性状的相关系数

通径分析结果（表4）显示，直接通径系数均为正值，说明这5个性状对产量的贡献均为正向效应，贡献大小为千粒重＞有效穗数＞穗粒数＞容重＞生育期。产量三要素之间的间接通径系数均为负值，说明通过提高产量三要素任意一个因素来提高产量，另外两因素都起到负向效应，其中有效穗数通过穗粒数、穗粒数通过有效穗数对产量的负效应最大，说明同时提高有效穗数和穗粒数来提高产量有一定难度。

表4 2011—2020年黄淮北片水地区试品种产量与主要农艺性状的通径分析

综合分析可知，近10年决定黄淮北片水地组小麦品种产量的主要因素依然是产量构成三要素，其中千粒重的作用最大。黄淮北片水地小麦产量遗传改良的重点应放在保证现有足够多有效穗数的基础上，重点提高千粒重，其次提高穗粒数，同时也要注意对容重、生育期和株高的选择。

3 讨论

3.1 产量构成三要素

高产一直是小麦育种的重要目标，小麦产量是多种性状共同作用的结果［20］。本研究结果表明产量三要素与小麦产量均呈正相关，三要素间则呈负相关趋势，与前人研究结果一致。三要素中千粒重与产量的相关系数最大，对产量直接贡献最大，这与高国良［8］、高辉明［4］等部分结论相同，均认为提高千粒重是提高小麦产量的关键；与张俊灵［1］、孙军伟［7］、张运校［10］黄兴蛟［14］等的结果不同，他们认为有效穗数在产量中起的作用最大，这可能与研究样本来源的生态区域、气候条件和栽培管理不同有关，尚有待做更深入的比较研究。随着全球气候变暖，适合于黄淮北片的冬小麦品种产量结构类型也在发生改变［21］，该研究显示近10年黄淮北片水地区试参试品种主要是中多穗类型为主，这与崔党群［19］、付庆云［22］等的结果一致。群体穗数是小麦高产的基础，黄淮北片水地区域属于高肥水类型，需要足够的群体才可以满足高产稳产的需求，本研究发现近年育成品种的有效穗数已达到或接近最大群体穗数极限，这与黄兴蛟等［14］的结果一致。高肥力条件下，小麦品种特别是多穗型品种，群体过大造成田间郁蔽，会使光合产物不足，导致小花分化不好或幼粒退化，最终导致穗粒数减少［18］。本研究中，近10年黄淮北片水地参试品种中多穗类型增多，且随群体的增大穗粒数逐年减少，与前人研究结果一致。

因此，今后高产育种遗传改良的重点应在现有足够群体的基础上，重点提高千粒重，其次提高穗粒数。可以通过选择灌浆期长、灌浆速率高的品种来提高品种的千粒重［19，23］，选育结实性好的品种来提高穗粒数［1］。

3.2 其它主要农艺性状

容重越高，小麦的品质质量越好。本研究相关和通径分析表明，容重在产量方面的贡献仅次于产量三要素。相关分析显示容重与株高极显著正相关，这说明通过提高株高来提高容重，进而提高小麦产量和品质质量在理论上是可行的。另外，小麦株高也会随肥力提高变得越来越高。近些年育种者们在品种选育中也注意到了栽培措施在育种中的重要性，育成品种的品质越来越好。

本研究结果显示，近10年黄淮北片水地组小麦品种的生育期明显缩短，生育期与产量极显著正相关，对产量也是正向效应。理论上分析，生育期越长产量越高，但是实际生产中，小麦的生育期受当地气候条件和播种期早晚的影响较大。高辉明等［4］认为，随着气候变暖小麦生育期逐渐缩短，与本研究结果一致。近些年黄淮北片受气候变化的影响，部分地区或年份小麦播期推迟、成熟期提早，晚熟品种发挥不出产量优势而被淘汰。因此，在品种选择过程中要考虑到气候和栽培管理条件的变化，选育生育期较短、灌浆时间相对较长的小麦品新种，是黄淮北片区未来适应气候变暖的品种改良方向。

株高虽然不直接影响小麦产量，但在品种选择过程中也应该引起足够重视。有研究表明，单株产量与株高呈正相关，并且株高在70～80 cm间与单株产量的相关性达到显著水平，说明增加株高有利于增产，但株高并不是越高越好［20］；赵倩等［13］认为，小麦育种应强化对株高的选择，选育株高在75～80 cm的高产半矮秆品种；蒋云等［15］认为，在品种选择过程中，株高选择以不易倒伏为原则，无需过多考虑株高对产量的影响。本研究结果也显示，株高与产量极显著正相关，说明在一定范围内株高越高产量越高。因此，笔者认为，在高肥水地块上进行的品种选育中，选择茎秆弹性好的品种时，其株高上限在保证不发生倒伏条件下可提高到82 cm左右。

4 结论

近10年黄淮北片水地区试参试品种以中多穗类型为主，产量已达到较高水平，大部分稳定在8 000～9 000 kg／hm2之间，且随区试年份推进缓慢上升；主要农艺性状的变化总趋势是有效穗数、千粒重增加，穗粒数减少，容重、株高增加，生育期明显缩短，最大分蘖数变化不明显。产量与千粒重等7个主要农艺性状均显著或极显著正相关，相关系数为千粒重＞容重＞生育期＞株高＞最大分蘖数＞穗粒数＞有效穗数；产量构成三要素两两之间负相关；千粒重等5个主要农艺性状对产量的直接效应均为正向，直接贡献率为千粒重＞有效穗数＞穗粒数＞容重＞生育期。高产育种遗传改良的重点应该在现有足够群体的基础上，重点提高千粒重，其次提高穗粒数，可以通过选择灌浆期长、灌浆速率高的品种来提高品种的千粒重，通过选育结实性好的品种来提高穗粒数。

气候条件的变化要求育成品种有更好的适应性和抗逆性。为了适应黄淮北片当前气候变化和栽培管理的变化，选育生育期适当缩短、灌浆时间相对较长、茎秆抗倒伏且弹性好、穗部结实性好、有效穗数650万／hm2以上、穗粒数35粒左右、千粒重45 g以上、株高75～82 cm的小麦品种，会更有利于该地区小麦产量和品质的提升。